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Die Tripelpunktbedingung für die Sublimation

1880
  • Josiah Willard Gibbs
Laborgerät zur Demonstration von Sublimation und Phasenübergängen in der Thermodynamik.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Die Sublimation, der direkte Phasenübergang von einem Feststoff zu einem Gas, findet bei Temperaturen und Drücken unterhalb des Tripelpunkts einer Substanz statt. Der Tripelpunkt ist der einzige thermodynamisch Zustand, in dem die feste, flüssige und gasförmige Phase im Gleichgewicht koexistieren können. In einem Phasendiagramm trennt die Sublimationskurve die feste und die gasförmige Phase, wobei sie am Ursprung beginnt und am Tripelpunkt endet.

Das Konzept des Tripelpunkts ist ein Eckpfeiler der Thermodynamik und wird durch die Phasenregel von Josiah Willard Gibbs formell beschrieben. Die Phasenregel, [latex]F = C - P + 2[/latex], setzt die Anzahl der Freiheitsgrade (F) eines Systems mit der Anzahl der Komponenten (C) und der Anzahl der Phasen (P) im Gleichgewicht in Beziehung. Für einen reinen Stoff (C = 1), bei dem drei Phasen koexistieren (P = 3), ist die Anzahl der Freiheitsgrade F = 1 - 3 + 2 = 0. Dies bedeutet, dass der Zustand invariant ist; er kann nur bei einer einzigen, spezifischen Kombination von Temperatur und Druck, dem Tripelpunkt, existieren.

Das Phasendiagramm einer Substanz stellt grafisch die Bedingungen dar, unter denen ihre verschiedenen Phasen stabil sind. Es ist typischerweise eine Auftragung von Druck gegen Temperatur. Das Diagramm ist durch Phasengrenzen in feste, flüssige und gasförmige Bereiche unterteilt. Die Linie, die die festen und gasförmigen Bereiche trennt, ist die Sublimationskurve. Jeder Punkt auf dieser Linie stellt einen Zustand dar, in dem die festen und gasförmigen Phasen im Gleichgewicht sind. Wenn man im festen Phasenbereich beginnt und den Druck bei konstanter Temperatur senkt, führt das Überschreiten dieser Linie zur Sublimation. Ebenso führt das Erhitzen eines Feststoffs bei einem konstanten Druck unterhalb des Tripelpunktdrucks dazu, dass dieser sublimiert. Für Wasser liegt der Tripelpunkt bei 0,01 °C (273,16 K) und einem Druck von 611,657 Pa. Jeder Druck unter diesem Wert führt dazu, dass Eis beim Erhitzen direkt zu Wasserdampf sublimiert und die flüssige Wasserphase vollständig umgeht. Dieses Prinzip ist grundlegend für Prozesse wie die Gefriertrocknung, bei der niedriger Druck auf gefrorene Materialien ausgeübt wird, um den Wassergehalt effizient und ohne die schädlichen Auswirkungen großer Hitze zu entfernen.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Thermodynamik

Typ

Abstraktes System

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Studien über die Zustände der Materie von Antoine Lavoisier
  • Entwicklung der kinetischen Gastheorie durch Clausius und Maxwell
  • Formulierung der Gesetze der Thermodynamik
  • frühe Beobachtungen von Phasenänderungen, wie dem Kochen von Wasser und dem Schmelzen von Eis

Anwendungen

  • Gefriertrocknung (Lyophilisierung) von Lebensmitteln und Arzneimitteln
  • Verständnis der Kometenschweifbildung im Vakuum des Weltraums
  • Frostbildung (Ablagerung)
  • Reinigung chemischer Verbindungen durch Vakuumsublimation
  • Herstellung von Trockeneis

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandt mit: Sublimation, Tripelpunkt, Phasendiagramm, Phasenübergang, Thermodynamik, Druck, Temperatur, Gibbssche Phasenregel, Festkörper, Gas.

Historischer Kontext

Die Tripelpunktbedingung für die Sublimation

1870
1873
1877
1880
1882-01-01
1883
1884
1869
1871
1876
1877
1880
1882-01-01
1884
1885

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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